臺灣博碩士論文加值系統

本論文主旨為在Linux系統下，基於機器人作業系統(Robot Operating System, ROS)之雷射引導自動導航無人車之開發。以兩組直流無刷馬達組成差速輪作為車體驅動系統，並搭載雷射測距儀配合嵌入式電腦做運算，可以透過Wi-Fi連接進行遠端監控。
利用搖桿控制讓車體移動，並使用雷射測距儀掃描周圍環境，透過SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技術結合里程計(odometry)與雷射掃描(scan)數據建構周圍環境地圖，其中里程計結合自由度感測模組運用。使用AMCL(Adaptive Monte Carlo Localization)技術在建構完成的地圖上進行車體定位。操作者透過TCP socket能隨時掌握機器人目前狀態，遠端下達指令後，車體會依照狀態機狀態執行動作，以及按照預先規劃好的路徑移動，行進至目標位置，移動時透過雷射掃描即時避障，實現自動導航的功能，並且使用狀態機配合不同的情況切換狀態，實現機器人複雜的動作。

The main purpose of this thesis is to develop a laser-guided AGV based on Robot Operating System (ROS) under Linux system. Two sets of DC brushless motors are used to form the differential wheel as the vehicle body drive system. It is equipped with a laser and an embedded computer for calculation. It can be remotely monitored through Wi-Fi connection.
This thesis uses joystick to control the movement of car body and uses a laser to scan surrounding environment. Through SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) technology combined with odometry and laser scan data, it can construct the surrounding environment map, in which the odometer is combined with Freedom Sensing Module. This thesis uses AMCL (Adaptive Monte Carlo Localization) technology to locate the car body on the constructed map. Operators can always grasp the current state of the car body through TCP Socket. After the remote command is issued, the car body will perform actions according to the state machine, following the pre-planned path and travel to the target position. When moving, it uses laser scanning to avoid obstacles in real time to realize the function of automatic navigation. The state machine is used to switch states according to different situations to achieve complex robot movements.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 2
1.3研究動機與目的 3
1.4論文結構 3
第二章 ROS功能介紹 4
2.1關於ROS 4
2.2 ROS術語 5
2.2.1主節點(Master) 5
2.2.2節點(Node) 5
2.2.3功能包(Package) 5
2.2.4消息(Message) 6
2.2.5話題(Topic) 6
2.2.6服務(Service) 7
2.2.7動作(Action) 7
2.3座標轉換(TF) 8
2.4 ROS指令 10
2.4.1 ROS執行指令 10
2.4.2 ROS訊息指令 10
2.5 ROS工具 14
2.5.1 RViz 14
2.5.2 rqt_graph 17
第三章 硬體架構介紹 19
3.1電力系統規劃 19
3.2控制器 20
3.3馬達與驅動器 23
3.3.1直流無刷馬達 23
3.3.2馬達驅動控制器 24
3.3.3馬達控制器通訊指令 30
3.4雷射測距儀 35
3.5自由度感測模組 38
3.6車體架構 40
3.7差速輪運動控制 43
3.7.1直線前進與後退 44
3.7.2原地自旋轉 45
3.7.3圓弧轉向 47
第四章 硬體測試實驗 50
4.1搖桿驅動測試實驗 50
4.1.1實驗目的 50
4.1.2實驗步驟 50
4.1.3實驗結果 52
4.2搖桿發佈命令控制平台實驗 54
4.2.1實驗目的 54
4.2.2實驗步驟 54
4.2.3實驗結果 65
4.3雷射測距儀測試實驗 71
4.3.1實驗目的 71
4.3.2實驗步驟 71
4.3.3實驗結果 77
4.4遠端連線實驗 79
4.4.1實驗目的 79
4.4.2實驗步驟 79
4.4.3實驗結果 83
4.5自由度感測模組實驗 84
4.5.1實驗目的 84
4.5.2實驗步驟 84
4.5.3實驗結果 86
第五章 SLAM技術 89
5.1 RBPF 89
5.2 Gmapping 92
5.2.1改進提議分佈 92
5.2.2選擇性重採樣 94
5.2.3 SLAM演算法比較 95
第六章 Navigation介紹 97
6.1 move_base 98
6.2 Costmap 99
6.3自適應蒙特卡羅定位方法 100
6.4全局路徑規劃 102
6.5動態窗口方法 103
第七章 SLAM與導航實驗 105
7.1 SLAM實驗 105
7.1.1實驗目的 105
7.1.2實驗步驟 105
7.1.3實驗結果 112
7.2定位實驗 115
7.2.1實驗目的 115
7.2.2實驗步驟 115
7.2.3實驗結果 118
7.3導航實驗 121
7.3.1實驗目的 121
7.3.2實驗步驟 121
7.3.3實驗結果 129
第八章 Smach狀態機 136
8.1 Smach狀態機介紹 136
8.2 Smach基本測試 136
8.3 Smach實驗 139
8.3.1狀態機流程說明 139
8.3.2實驗結果 142
第九章 TCP Socket 146
9.1 Socket基本介紹 146
9.2 Socket程式碼 148
9.3 Socket實驗 161
第十章 綜合實驗成果 163
10.1實驗說明 163
10.2實驗步驟 163
10.3實驗結果 165
第十一章 結論與未來展望 177
11.1結論 177
11.2未來展望 178
參考文獻 179

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